改善Linux内核和可伸缩性适应企业环境 （1）

改善 Linux 性能的第一步是对其进行量化。但如何精确地对 Linux 的性能或与它相当的系统性能进行量化呢？在本文中，IBM Linux 技术中心的成员描述了他们在去年底对 Linux 2.4 和 2.5 内核所做的几个基准程序测试，就这些专家经验，以飨读者。

目前，Linux 操作系统是最成功的开放源码项目之一。Linux 作为 Web 服务器操作系统，展示了其高可靠性，在 Web 服务器市场，它占据了很大的份额。这些 Web 服务器通常是低端及位于中间档次的系统，带有最多可达 4 路的对称多处理器（SMP）；而企业级系统有更复杂的需求，譬如需要更多的处理器个数和 I/O 配置以及大的内存和带宽。为了使 Linux 为进入企业环境而作好准备，以及能够作为商业性应用进入 SMP 市场，与商业 UNIX 系统相比，它的 SMP 可伸缩性、磁盘和网络 I/O 性能、调度程序和虚拟内存管理器必须得到改善。

Linux 可伸缩性研究计划（Linux Scalability Effort，LSE）（请参阅参考资料中的链接）是一个开放源码项目，解决了用于企业级机器的 Linux 内核问题，这些机器的可伸缩性达到 8 路或更高。

IBM Linux 技术中心（Linux Technology Center，LTC）的 Linux 性能团队（请参阅参考资料的相关链接）积极地参与了 LSE 活动。此外，他们的目标是，通过改进 Linux 内核性能（尤其针对 SMP 可伸缩性）而使 Linux 更优秀。

本文描述了在着重平台无关性问题的同时，该团队在测量、分析与改进 Linux 内核性能和可伸缩性上所采用的策略和方法。该团队使用了一套基准测试程序来完成此项任务。这些基准测试程序考虑到了各种工作负载，其中包括 Web 服务、数据库和文件服务。此外，我们还将向您展示每个基准测试程序所着重的各个内核组件（例如，磁盘 I/O 子系统）。

分析方法

这里我们讨论用来量化针对 SMP 可伸缩性的 Linux 性能的分析方法。如果您愿意，可以直接跳到基准测试程序结果这一节。

我们用来改进 Linux 性能和可伸缩性的策略包括：运行几个业界接受的和组件级的基准测试程序，选择合适的硬件和软件，开发基准测试程序运行规则，设定性能和可伸缩性目标，以及测量、分析和改进性能和可伸缩性。在这一节中将详细讲述这些过程。

性能被定义为单处理器（UP）或 SMP 上的原始吞吐量。我们将 SMP 可伸缩性（CPU）和资源可伸缩性（例如，网络连接数目）区别开来。

硬件和软件

这项工作的大部分都使用 IA-32（即 x86）体系结构，从 1 个到 8 个处理器。我们还研究了与为将来之用的非一致内存访问（NUMA）IA-32 和 NUMA IA-64 体系结构相关的问题。硬件的选择通常是根据基准测试程序和相关工作负载的选择。软件的选择要与 IBM 的 Linux 中间件策略和／或开放源码中间件相结合。例如：

数据库

我们采用查询数据库基准测试程序，而在硬件上，采用带大磁盘配置的 8 路 SMP 系统。数据库软件采用 IBM DB2 for Linux，SCSI 控制器是 IBM ServeRAID 4H。这个数据库是针对 8 路 SMP。

SMB 文件服务

基准测试程序是 NetBench，硬件是 4 路 SMP 系统，驱动 SMP 服务器的客户机可多达 48 个。中间件是 Samba（开放源码）。SMB 文件服务是针对 4 路 SMP。

Web 服务

基准测试程序是 SPECweb99，硬件是 8 路 SMP，并带有大内存配置，客户机可达 32 个。这个基准测试仅用于研究目的，不做它用（有关这方面的更多细节，请参阅基准测试程序这一节）。Web 服务器是 Apache，它是 IBM HTTP 服务器的基础。我们选择 8 路 SMP 是为了研究可伸缩性，而选择 Apache 是因为它支持对下一代 posix 线程（NGPT）的测量和分析（请参阅参考资料）。此外，它是开放源码，而且是最流行的 Web 服务器。